DE102006033771A1

DE102006033771A1 - Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102006033771A1
Application number: DE102006033771A
Authority: DE
Inventors: Timo Kirschenmann
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2008-01-24
Also published as: US8091617B2; CN101109609A; US20080023187A1; EP1881288B1; EP1881288A1

Abstract

Wärmetauscher, beispielsweise Kondensator oder Gaskühler für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, der mindestens zwei Rippen-Rohr-Blöcke (1) aufweist, die an beiden gegenüberliegenden Seiten der Rippen-Rohr-Blöcke (1) wenigstens zwei Sammelrohre (2A, 3A) oder (2B, 3B) besitzen, die miteinander in Strömungsverbindung stehen, wobei die Sammelrohre (2, 3) Anschluss- oder Verbindungsblöcke (10) besitzen, die jeweils mit einem Verschluss- oder Trennblech (4) kooperieren, um die Herstellbarkeit des Wärmetauschers zu vereinfachen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, beispielsweise Kondensator oder Gaskühler für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, der mindestens zwei Rippen-Rohr-Blöcke aufweist, die an beiden gegenüberliegenden Seiten der Rippen-Rohr-Blöcke wenigstens zwei Sammelrohre besitzen, die miteinander in Strömungsverbindung stehen, wobei die Sammelrohre Verschluss- oder Trennbleche und Anschluss- bzw. Verbindungsblöcke besitzen,
Dieser Wärmetauscher ist aus der europäischen Patentanmeldung mit der Nr. EP 414 433 A2 bekannt. Die beiden Sammelrohre stehen, wie dort in der 12 gezeigt wird, mittels zweier Verbindungsblöcke miteinander in Strömungsverbindung. Die beiden Verbindungsblöcke werden als Einzelteile an jeweils einem Sammelrohr angesetzt und dort angelötet. Bei der nachfolgenden Montage der beiden Rohr-Rippen-Blöcke des Wärmetauschers werden beide Verbindungsblöcke miteinander verschraubt. Dieser nach dem Löten zusammengebaute Wärmetauscher ist nicht so stabil gegen hohe Drücke wie sie mit CO2 als Kältemittel auftreten.
Es ist auch bekannt, die Enden der Sammelrohre mit einem Schlitz auszustatten, um dort ein Verschlussblech einzufügen. Der Herstellungsaufwand für die bekannten Wärmetauscher scheint zu hoch zu sein.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der vereinfachten Herstellbarkeit des Wärmetauschers.
Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt durch den Einsatz der Merkmale des Anspruchs 1. Die Ansprüche 2 bis 8 enthalten weiterbildende Merkmale.
Weil wenigstens ein Anschluss- bzw. Verbindungsblock mit wenigstens einem Verschluss- oder Trennblech kooperiert, kann bei der Montage der Teile auf deren provisorische Befestigung, beispielsweise mittels Punktschweißung, verzichtet werden, wodurch die Herstellbarkeit vereinfacht bzw. die Kosten zu reduzieren sind. Außerdem werden die Druckbelastbarkeit des Kondensators sowie die Verwindungssteifigkeit verbessert. Das Verschluss- oder Trennblech wirkt als Abstandshalter zwischen den Sammelrohren.
Vorzugsweise sollen die Sammler und der Anschluss -bzw. Verbindungsblock einen auf gleicher Höhe liegenden Schlitz aufweisen, in den das Verschluss- oder Trennblech einführbar ist. Diese Art hat sich bei Versuchen in der Praxis bewährt. Alternativ kann allerdings vorgesehen werden, dass das Verschlussblech zwei nebeneinan der angeordnete napfförmige Ausformungen aufweist, wobei jede Ausformung in einem Ende der Sammler einsetzbar ist.
Es kann sein, dass der Anschluss- oder Verbindungsblock ein Überleitungsblock ist, um das Mittel von dem einen Sammler in den anderen Sammler zu leiten. Es kann genauso gut sein, dass der Anschluss- oder Verbindungsblock ein Ein- oder Ausleitungsblock ist, um das Mittel in eines oder in beide Sammler ein- oder auszuleiten.
Es ist vorgesehen, dass die Zusammenwirkung zwischen dem Verbindungsblock und dem Verschlussblech darin besteht, dass ein Schlitz im Block vorhanden ist, in den das Verschlussblech einsetzbar ist. Bei der Montage wird dann zunächst der Verbindungsblock zwischen den beiden Sammelrohren eingefügt und anschließend wird das Verschlussblech eingesetzt.
Das Verschluss- oder Trennblech kann sich über benachbarte Sammelrohre erstrecken oder nur durch ein einziges Sammelrohr.
Die Strömungsverbindung zwischen den Sammelrohren kann entweder etwa parallel zum Verschluss- oder Trennblech oder auch dasselbe überbrückend ausgeführt werden.
Beschreibung der Erfindung anhand der vorliegenden Figuren:
1 Ansicht der oberen Hälfte eines erfindungsgemäßen Kondensators;
2 Detailansicht einer Ecke des Kondensator mit einem Verbindungsblock;
3 horizontaler Schnitt aus 2 durch das Verschlussblech;
4 eine Draufsicht auf die Ecke des Kondensators aus 2;
5 ein vertikaler Schnitt durch den Verbindungsblock aus 2;
6 ein anderer horizontaler Schnitt durch den Verbindungsblock aus 2;
7 Detailansicht eines Anschlussblockes am Kondensator;
8 alternative Ausführung als Anschlussblock.
9-11 zeigen einer Weiterbildung als Verbindungs- oder Anschlussblock
In 1 ist eine Ansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Wärmetauschers, insbesondere eines Gaskühlers zur Verwendung von CO2 als Kältemittel, gezeigt. Der Kondensator (Gaskühler) besitzt mindestens zwei Rippen-Rohr-Blöcke 1 aufgebaut aus Rohren 5 und Rippen 6 zwischen je zwei Rohren 5, sowie mehreren Sammelrohren 2A, 2B, 3A, 3B an den Rohrenden zur Aufnahme des Kältemittels. Bei der speziellen Art des Kondensators sind zwei identische Wärmetauscher, hintereinander gelegt und miteinander verbunden, in der Art, dass die einen Sammler 2A und 3A direkt hintereinander liegen und verbunden sind und auch die anderen Sammler 2B und 3B in Strömungsrichtung der Kühlluft direkt hintereinander liegen. Dieser Aufbau des Kondensators hat den Vorteil, dass die gesamten Flächen der Rippen-Rohr-Blöcke 1 zum Wärmeaustausch zur Verfügung stehen. Verbunden werden die in 1 linken Sammler 2A und 3A, sowie die rechten Sammler 2B und 3B jeweils mit einem Anschluss- bzw. Verbindungsblock 10, der mit einem Verschluss- oder Trennblech 4 kooperiert.
Über den Anschlussblock 20, der beispielsweise wie in der 7 gezeigt ausgebildet ist, wird das Kältemittel in den hinteren Sammler 2A geleitet. Es verteilt sich über die Flachrohre 5 und fließt in den Sammler 2B auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers.
Dort leitet der Verbindungsblock 10 das Kältemittel vom Sammler 2B in den weiter vorne liegenden Sammler 3B. Weitere notwendige Trennbleche 4 zur Unterteilungen der Sammlerrohre 2 oder 3 sind nicht gezeigt, sind aber je nach Bedarf eingesetzt und lenken das Kältemittel mehrfach um. Das Verschluss- oder Trennblech 4 kann für solche Zwecke eingesetzt werden, und zwar sowohl in Kooperation mit einem Verbindungs- oder Anschlussblock 10 als auch alleine, das heißt, ohne den Block 10. Auch können mehrere Verbindungsblöcke 10 an den Sammlern 2 und 3 an beliebigen, das heißt vom Fachmann vorzusehenden Stellen angeordnet werden. Demnach sollen die bildlichen Darstellungen mit an den Enden der Sammelrohre 2, 3 liegenden Verschluss- oder Trennblechen 4 und mit Verbindungs- oder Anschlussblock 10 nicht als Einschränkung darauf verstanden werden. Ferner soll darauf aufmerksam gemacht werden, dass das Verschluss- oder Trennblech 4 sich nur an einem einzigen Sammler 2 oder 3 befinden könnte, obwohl die gezeigten Ausführungen nur Verschluss- oder Trennbleche 4 zeigen, die über zwei benachbarte Sammler 2 und 3 reichen.
Die 2 zeigt ein Detail der 1 vergrößert. Es ist eine Ecke des Kondensators gezeigt. Die beiden Sammler 2A und 3A sind mit dem Verbindungsblock 10 verbunden. Das Verschlussblech 4 fixiert den Verbindungsblock 10 an den gewünschten Stellen, in diesem Fall im Bereich der Enden der Sammler 2 und 3. Es ist ein Flachrohr 5 zu sehen, eine angedeutete Rippe 6 und ein Seitenblech 11, das sich über den Kondensator in seiner gesamten Tiefe erstreckt.
Die 3 zeigt einen Schnitt in der 2, der durch das Verschlussblech 4 hindurchgeht. Das Verschlussblech 4 weist eine etwa B-förmige Gestalt auf. Die beiden Teile 4d und 4e sind nahezu kreisförmig. In der Mitte werden sie durch einen Steg 4c miteinander verbunden, aus diesem steht ein Vorsprung 4f hervor, der in einen Zwischenraum 14 eingreift. Dieser Zwischenraum 14 wird gebildet aus Wandteilen 202 des einen Sammlers 2, Wandteilen 302 des anderen Sammlers 3, sowie aus dem übrigen Rest 15r des Schlitzes 15 im Verbindungsblock 10. Je nach Form der Sammler 2 und 3 können diese Teile 4c, 4d, 4e, und 4f sowie 202, 302, 15r, so geformt sein, dass das gewünschte Ziel der Vorfixierung des Verbindungsblocks 10 durch das Verschlussblech 4 erreicht wird. Nach dem Löten bildet sich hier eine feste und dichte Struktur aus. Um das Verschlussblech 4 einfügen zu können, müssen die Sammler 2 und 3 an den entsprechenden Stellen Schlitze 205, 305 aufweisen. Diese Schlitze 205, 305 sind so ausgebildet, dass im Mittelbereich die Teile der Sammlerwand 202, 302 stehen bleiben. Ebenso muss im Verbindungsblock 10 ein Schlitz 15 vorhanden sein, in den das Verschlussblech 4 eingeschoben wird.
Die 4 zeigt das Ende der Sammler 2 und 3 in der Draufsicht. Der Verbindungsblock 10 und das Verschlussblech 4 stehen etwas über. Alternativ kann das Verschlussblech 4 auch so ausgebildet sein, dass es zwei napfförmige Ausbuchtungen aufweist, die in die Enden der Sammler 2 und 3 eingesetzt werden. (nicht gezeigt)
Die 5 zeigt einen anderen Schnitt als die 3 durch den Verbindungsblock 10, nämlich einen vertikalen Schnitt. Der Verbindungsblock 10 weist eine Durchströmöffnung 12 auf, durch die das Kältemittel vom Sammler 2 zum Sammler 3 strömen kann. Auch die Schlitze 15 und 205 sind hier zu erkennen. Dies ist auch in 8 gut zu sehen. Das Kältemittel wird durch den gestrichelten Pfeil 60 angedeutet. Das Kältemittel strömt aus den kleinen Fluidkanälen 51 in den Flachrohren 5 in den Sammlerraum 22 des Sammlers 2. Von dort strömt es durch die Öffnung 23 des Sammlers 2 in die Durchströmöffnung 12 des Verbindungsblocks 10. Durch die Öffnung 33 des Sammlers 3 gelangt das Kältemittel in den Sammelraum 32 des Sammlers 3, um dann wieder in die kleinen Fluidkanäle 51 der Flachrohre 5 zu strömen.
In der 7 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, in der ein erfindungsgemäßer Anschlussblock 20 eingesetzt wird. Er besitzt eine Einström- oder Ausströmöffnung 25 durch die das Kältemittel in den Kondensator hinein oder heraus gelan gen kann. Auch dieser Anschlussblock 20 wird vom Verschlussblech 4 vorfixiert, um dann beim Löten eine fluiddichte Verbindung zu erhalten. Durch diese Vorfixierung kann der Anschlussblock 20 nicht mehr vertikal verrutschen. Herunterfallen kann er auch nicht, da er außerdem in einem Lötrahmen (nicht gezeigt) festgeklemmt wird. Der Anschlussblock 20 kann an beliebigen Stellen angebracht werden, allerdings muss dann der Sammler 2 oder 3 am oberen oder unteren Ende durch einzelne Verschlussbleche 4 verschlossen werden.
Eine weitere alternative Ausführungsform des Verbindungsblocks 10 ist in 8 dargestellt. Es zeigt einen Verbindungsblock 10 der gleichzeitig ein Anschlussblock 20 ist. Das Kältemittel, wieder durch einen gestrichelten Pfeil 60 verdeutlicht, wird über nicht im Detail gezeigte Zuführleitungen 42 durch die Eintrittsöffnung 41 der Durchströmöffnung 12 zugeführt. Es verteilt sich, wie gezeigt, durch die beiden Öffnungen 23 und 33 der jeweiligen Sammler 2 und 3 auf die Sammelräume 22 und 32 und strömt dann in die kleinen Fluidkanäle 51 der Flachrohre 5.
Der hier vorgeschlagene Verbindungsblock 10 mit Verschlussblech 4 kann auch bei mehr als zwei hintereinander liegenden Wärmetauschern, die miteinander verbunden und zueinander befestigt werden sollen eingesetzt werden. Werden z. B. drei Wärmetauscher hintereinander gelegt, so kann der Verbindungsblock 10 der Art gestaltet sein, dass er mit der Durchströmöffnung 12 nur zwei der drei Wärmetauscher verbindet. Im Extremfall kann sogar auf die Durchströmöffnung 12 verzichtet werden, um lediglich eine optimale Befestigung zu erreichen.
Im Unterschied zu den bereits beschriebenen Ausführungen zeigen die 9-11 eine Weiterbildung, die außer den bereits genannten Vorteilen auch die Möglichkeit bietet, die Strömung des Kältemittels günstiger zu gestalten und/oder an bestimmte Rahmenbedingungen eines Gaskühlers in einem Kühlmodul eines Kraftfahrzeuges anzupassen. Wie die Abbildungen zeigen, wurde im Verbindungs- oder Anschlussblock 10, der hier als reiner Verbindungsblock 10 vorgesehen ist aber selbstverständlich aus als Anschlussblock (oder beides) ausgeführt sein könnte, eine schräge Durchgangsbohrung 12 vorgesehen, deren Enden mit entsprechenden Bohrungen 23, 33 in den Sammelrohren 2, 3 korrespondieren. Somit kann das Kältemittel beispielsweise aus einem oben liegenden Abschnitt des einen Sammelrohres 2 in einen unten liegenden Abschnitt des anderen Sammelrohres 3, oder anders herum, geführt werden. Es ist hier auch mit geringerem Druckverlust zu rechnen, da das Kältemittel nicht so abrupt umgelenkt wird.

Claims

Wärmetauscher, beispielsweise Kondensator oder Gaskühler für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, der mindestens zwei Rippen-Rohr-Blocke (1) aufweist, die an beiden gegenüberliegenden Seiten der Rippen-Rohr-Blöcke (1) wenigstens zwei Sammelrohre (2a, 3a) oder (2b, 3b) besitzen, die miteinander in Strömungsverbindung stehen, wobei die Sammelrohre (2, 3) Verschluss- oder Trennbleche (4) und Anschluss- bzw. Verbindungsblöcke (10) besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Anschluss- und/oder Verbindungsblock (10) mit wenigstens einem Verschluss- oder Trennblech (4) kooperiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verschluss- oder Trennblech (4) über wenigstens zwei Sammelrohre (2A, 3A bzw. 2B, 3B) erstreckt und in einem Schlitz (15) des Anschluss- und/oder Verbindungsblocks (10) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verschluss- oder Trennblech (4) über ein einziges Sammelrohr (2 oder 3) erstreckt und in einem Schlitz (15) des Anschluss- und/oder Verbindungsblocks (10) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschluss- oder Trennblech (4) vorzugsweise in einem Schlitz (205, 305) des oder der Sammelrohre (2, 3) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (205, 305) in den Sammelrohren (2, 3) vorzugsweise auf gleicher Höhe liegen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss- oder Verbindungsblock (10) ein Überleitungsblock ist, um das Mittel von dem einen Sammler (2) in den anderen Sammler (3) zu leiten.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss- oder Verbindungsblock (10) ein Ein- oder Ausleitungsblock (20) ist, um das Mittel in ein oder in mehrere Sammler (2, 3) ein- oder auszuleiten.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussblech (4) zwei nebeneinander angeordnete napfförmige Ausformungen aufweist, wobei jede Ausformung in einem Ende der Sammler (2, 3) einsetzbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Anschluss- und/oder Verbindungsblocks (10) ausgeführte Strömungsverbindung zwischen den Sammelrohren (2, 3) entweder parallel zum Verschluss- oder Trennblech (4) oder über das Verschluss- oder Trennblech (4) hinweg vorgesehen wird.